專利名稱:金屬帶澆鑄的方法
本發(fā)明涉及金屬帶澆鑄方法，尤其涉及黑色金屬帶的澆鑄方法。
用雙輥式連鑄機(jī)通過連鑄方法澆鑄金屬帶是眾所周知的。在此方法中，將熔融金屬注入一對反向旋轉(zhuǎn)且受到冷卻的水平澆鑄輥中，從而，熔融金屬在旋轉(zhuǎn)的澆鑄輥表面上形成凝固殼，凝固殼匯集在兩澆鑄輥之間的輥縫中，并向下移動離開澆鑄輥之間的輥縫形成凝固帶坯。這里的術(shù)語“輥縫”通常是指澆鑄輥最接近的大致區(qū)域。將熔融金屬從澆注包注入到較小的中間包中或一系列較小的中間包中，再從這里通過位于輥縫上方的金屬澆注水口直接流入澆鑄輥之間的輥縫中，從而在緊挨輥縫的上方形成了一個依托在澆鑄輥表面上的熔融金屬澆注熔池。該澆注熔池被限定在與澆鑄輥的兩端滑動配合的側(cè)板或側(cè)堰板之間。
盡管雙輥式澆鑄法已成功地應(yīng)用于澆鑄冷卻時能夠快速凝固的有色金屬，但應(yīng)用這一技術(shù)去澆鑄具有高凝固溫度且由于在澆鑄輥激冷澆鑄表面上的不均勻凝固而易產(chǎn)生缺陷的黑色金屬還有一定的問題。因此，對金屬澆注水口的設(shè)計給予了充分重視，以便在注入澆注熔池時在澆注熔池中產(chǎn)生平穩(wěn)的金屬流。美國專利5178205和5238050都公開了這樣的裝置，即將澆注水口延伸至澆注熔池表面以下，澆注水口包括減少熔融金屬通過水口向下流至水口浸入底端出口處的動能的裝置。在由美國專利5178205所公開的裝置中，由于帶有多個液流通孔的擴(kuò)散器和位于液流擴(kuò)散器上面的隔板而使液流動能減少。在擴(kuò)散器的下部，通過其出口熔融金屬以最小的擾動緩慢而平穩(wěn)地流入澆注熔池。在美國專利5238050所公開的裝置中，允許熔融金屬流下落而以銳角撞擊到水口的斜側(cè)壁表面，從而使金屬貼著側(cè)壁表面形成流動層，而后流入出口流道。再一個目的是從澆注水口的底部形成一個緩慢且平穩(wěn)流動的液流，從而使?jié)沧⑷鄢氐臄_動最小。
新日本鋼鐵公司的日本專利公開號5-70537也公開了一種澆注水口，目的在于金屬進(jìn)入澆注熔池時，形成一個緩慢而平穩(wěn)的金屬液流。澆注水口配置有一個多孔的隔板/擴(kuò)散器以消除向下流動的熔融金屬的動能，熔融金屬然后通過在水口側(cè)壁上的一系列開口，流入澆注熔池。這些開口是成一定角度的，以使流入的金屬沿澆鑄輥的澆鑄表面縱向流入輥縫。更確切地說，在水口一側(cè)的開口從一個方向使流入的金屬沿縱向流入輥縫，在另一側(cè)的開口從另一個縱向方向使流入的金屬沿縱向流入，以便沿澆鑄表面形成一個使熔池表面擾動最小的平穩(wěn)均勻的液流。
在進(jìn)行了廣泛的試驗之后，我們確定產(chǎn)生缺陷的主要原因是在熔池表面和澆鑄輥的澆鑄表面相遇的區(qū)域(一般稱為熔池“彎月面”或“彎月面區(qū)”)內(nèi)熔融金屬的過早凝固。在這些區(qū)域中的每個區(qū)域的熔融金屬都向鄰近的澆鑄表面流動，并且假如在金屬均勻地與澆鑄輥表面接觸之前凝固就產(chǎn)生了，那么就會在澆鑄輥和坯殼之間產(chǎn)生不均勻的初始傳熱，結(jié)果就會形成表面缺陷，如凹疤、皺褶、冷隔或裂紋。
以前為使熔融金屬平穩(wěn)地流入熔池中所做的努力，在某種程度上，因為使注入的金屬離開金屬初始凝固并形成凝固殼表面的區(qū)域而加重了過早凝固的問題，該凝固殼表面最終成為帶坯的外表面。因此，在兩輥之間的澆注熔池表面區(qū)域的金屬溫度比注入金屬的溫度低得多。如果在彎月面區(qū)域熔池表面的熔融金屬溫度太低，就很可能會出現(xiàn)裂紋和“彎月面斑痕”(帶坯上的斑痕，是由于熔池液面不穩(wěn)定使彎月面凍結(jié)所造成的)。解決此問題的一種方法就是使注入的金屬具有高的過熱度，從而在金屬到達(dá)澆鑄輥的澆鑄面之前，金屬在澆注熔池中冷卻但不達(dá)到凝固溫度?，F(xiàn)在人們已經(jīng)認(rèn)識到，過早凝固問題可以通過采取措施有效地加以解決，即確保注入的熔融金屬相對快速地通過水口直接流入澆注熔池的彎月面區(qū)域。這樣使金屬與澆鑄輥表面接觸之前金屬的過早凝固的趨勢降低到最小。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這是一種比在熔池中形成絕對穩(wěn)定的液流有效得多的避免表面缺陷的方法，并且因為在金屬和澆鑄輥表面接觸之前金屬沒有凝固，因此，一定程度的熔池液面波動是允許的。類似的實例可以在新日本鋼鐵公司的日本專利公開號64-5650和本申請人的澳大利亞專利申請60773/96中看到。
為了保證注入的熔融金屬相對迅速地流到澆注熔池的彎月面區(qū)域，必須采用帶有側(cè)出口的澆注水口，以使金屬從澆注水口的底部沿側(cè)面向外流入澆注輥。相應(yīng)地，澆注水口要接收向下流動的熔融金屬液流，并通過側(cè)面的出口形成平穩(wěn)向外流出的金屬液流，產(chǎn)生盡可能小的擾動和流量波動。這就要求流入的液流的向下動能要被吸收并在側(cè)出口處創(chuàng)造基本無擾動的條件。另外，這必須是在沒有對流量進(jìn)行特別限制的情況下，在澆注水口底部的一個非常有限的空間內(nèi)實現(xiàn)。對此，上述的隔板和擴(kuò)散器的布置并不合適。所以本發(fā)明提供了一種簡單的方法和裝置來實現(xiàn)這一目的。
本發(fā)明的目的是提供一種澆鑄金屬帶的方法，其澆注水口的澆鑄產(chǎn)生盡可能小的擾動和流量波動。
本發(fā)明提供一種澆鑄金屬帶的方法，它包括通過一個位于澆鑄輥之間的輥縫上方并沿輥縫延伸的細(xì)長金屬澆注水口將熔融金屬注入一對激冷澆鑄輥之間，從而形成依托于輥縫之上的熔融金屬澆注熔池。通過熔池端部限制隔板，且該熔融金屬澆注熔池在輥縫端部由熔池的端部堰板而被限定；旋轉(zhuǎn)澆鑄輥，以使?jié)茶T成的凝固帶坯向下移動離開輥縫；其中，金屬澆注水口包括一個向上開口的長槽，長槽帶有沿輥縫縱向延伸的底板和側(cè)壁，以接收熔融金屬，長槽的縱向側(cè)壁設(shè)置有側(cè)出口，熔融金屬通過側(cè)出口從長槽中流出，長槽底板設(shè)置有向上砌筑的緊靠側(cè)出口的液流隔墻，熔融金屬向下注入液流隔墻之間的長槽中，撞擊在長槽底板上，并向外對著隔墻流動，然后越過隔墻到達(dá)側(cè)出口。
最好水口的側(cè)出口是在水口的每個縱向側(cè)壁上沿縱向有一定間隔而形成。
進(jìn)一步，最好這些出口形狀為細(xì)長的開口。這些開口密排在一起以使熔融金屬從澆注水口的相鄰開口呈基本連續(xù)的幕簾狀射流注入澆注熔池。
將熔融金屬加入到澆注水口長槽中的方式可以是以一系列自由下落的沿長槽縱向被間隔開的分散液流的形式，或是由一系列自由下落的沿長槽延伸的連續(xù)的液流形式。
最好熔融金屬是以一系列自由下落的沿長槽縱向被間隔開的分散液流的形式而加入到澆注水口中，以撞擊到長槽的底板上的橫向?qū)R的、在水口的側(cè)出口之間有間隔的位置上。
進(jìn)一步，最好豎直的隔墻是由一對從長槽底板豎起的橫向有一定間距的墻壁所組成，其沿長槽方向連續(xù)延伸，從而構(gòu)成一個內(nèi)槽以接收注入的熔融金屬液流。
為了對本發(fā)明進(jìn)行更全面的了解，將參照附圖對一特定的方法和裝置進(jìn)行詳細(xì)的說明，其中
圖1表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造和運(yùn)行的雙輥式帶坯連鑄機(jī)；圖2表示沿圖1所示的包括根據(jù)本發(fā)明制造的金屬澆注水口在內(nèi)的連鑄機(jī)主要部件的垂直剖視圖；圖3表示沿圖2的橫向所取的連鑄機(jī)主要部件的垂直剖視圖；圖4表示沿金屬澆注水口以及與澆鑄輥相鄰部分的橫向放大剖視圖；圖5是金屬澆注水口的一半的側(cè)立視圖；圖6是圖5所示的水口局部平面圖；圖7表示沿澆注水口的局部所做的縱向剖視圖；圖8是澆注水口部分的透視圖；圖9是澆注水口部分的反向透視圖；圖10表示沿圖5中線10-10的澆注水口部分的橫向剖視圖；圖11表示沿圖7中線11-11的剖視圖；以及圖12表示沿圖7中線12-12的剖視圖。
圖示的連鑄機(jī)包括有從車間地面12豎起的主機(jī)框架11，機(jī)架11支托澆鑄輥臺車13，而澆鑄輥臺車13可以在裝配工位14和澆注工位15之間水平移動。澆鑄輥臺車13帶有一對水平澆鑄輥16，在澆注操作期間，由大包17通過中間包18和澆注水口19向其注入熔融金屬，澆鑄輥16是水冷的，以便在旋轉(zhuǎn)的澆鑄輥表面形成凝固殼，并在澆鑄輥之間的輥縫處匯集，從而在輥縫出口處形成凝固帶坯20。該帶坯被送至標(biāo)準(zhǔn)卷取機(jī)21，然后可被輸送到第二卷取機(jī)22。容器23安裝在連鑄機(jī)機(jī)架上，緊靠澆注工位，熔融金屬可以通過中間包上的溢流口24排入容器23中。
澆鑄輥臺車13包括有臺車框架31，并通過車輪32安放在軌道33上，而軌道33沿主機(jī)框架11方向延伸，從而澆鑄輥臺車13作為整體沿軌道33移動。臺車框架31帶有一對澆鑄輥支座34，澆鑄輥16可旋轉(zhuǎn)地安裝在澆鑄輥支座34中。通過操縱雙動式液壓活塞和液壓缸裝置39，臺車13可以沿軌道33移動，液壓活塞和液壓缸裝置安裝在澆鑄輥臺車上的驅(qū)動座架40和主機(jī)框架11之間，從而可以使?jié)茶T輥臺車在裝配工位14和澆注工位15之間來回移動。
澆鑄輥16通過安裝在臺車框架31上的電動馬達(dá)的驅(qū)動軸41和傳動裝置而互相反向旋轉(zhuǎn)。澆鑄輥16帶有一層銅質(zhì)外壁，并裝有一系列縱向延伸且沿周向有一定間隔的水冷通道，而這些水冷通道由澆鑄輥驅(qū)動軸41內(nèi)的供水管路從澆鑄輥端部來提供冷卻水，澆鑄輥驅(qū)動軸通過旋轉(zhuǎn)密封裝置43與供水軟管42相接。通常，澆鑄輥直徑大約500mm，且輥子最長達(dá)2m，以生產(chǎn)出最寬2m的帶坯。
大包17屬于完全傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，并通過位于上方的吊車大鉤45來吊住，從而它可從熔融金屬接收工位被吊運(yùn)到位。大包安裝有由伺服液壓缸操縱的塞棒46，以使熔融金屬通過流出口47和耐火材料磚套48從大包流入中間包18。
中間包18被制成寬碟狀，它是由例如高鋁質(zhì)耐火材料熔鑄內(nèi)襯而成。中間包的一側(cè)接收大包的熔融金屬，其設(shè)置有前面已述的溢流口24。中間包的另一側(cè)設(shè)置有一系列沿縱向有一定間距的金屬出口52。中間包的下部帶有安裝支座53，以將中間包安裝到澆鑄輥臺車框架31上，同時還配置有將定位銷54安裝到臺車框架上的開孔，從而準(zhǔn)確地固定中間包。
澆注水口19是由兩個相同的用如氧化鋁-石墨耐火材料制成的半部形成，它們尾對尾互相組裝在一起構(gòu)成完整的水口。圖5到圖11表示水口部分的結(jié)構(gòu)，通過固定支座60使其支撐在澆鑄輥臺車框架上，水口上部有向外伸出的側(cè)凸緣55，而凸緣55被固定到固定支座上。
水口的每一半都是通常的槽形，以使水口19形成向上開口的進(jìn)口槽61，以接收從中間包出口52向下流出的熔融金屬。進(jìn)口槽61是由水口側(cè)壁62和端壁70圍成，可以認(rèn)為是在端壁之間由水口的兩個平直端壁80橫向隔開而成，它們組裝在一起構(gòu)成完整的水口。槽的底部是由一水平放置的底板63來封閉的。在帶倒角的底部角81處，底板與長槽側(cè)壁62相遇。在底部倒角處水口有一系列側(cè)出口，其形式是沿水口縱向以一定間隔呈規(guī)則分布的長形開孔64。在長槽底板63的高度上設(shè)置開孔64，作為熔融金屬的出口。
根據(jù)本發(fā)明，在靠近開孔64的位置，從水口長槽61的底板63向上砌筑兩面隔墻84。如下所述，隔墻84連續(xù)延伸至整個長槽61，以形成內(nèi)槽凹溝85，以接收注入的熔融金屬流。
水口部分的外端有一個用87總體表示的端部系統(tǒng)，它由水口端壁70向外延伸出來，并帶有金屬流通道，以便將熔融金屬流引到熔池的“三相點”區(qū)域，熔池的這些區(qū)域也就是兩個澆鑄輥和側(cè)堰板相遇在一起的區(qū)域。將熔融金屬引入這些區(qū)域的目的是防止如在我們的澳大利亞專利申請P02367中所詳細(xì)解釋的由于在這些區(qū)域金屬的過早凝固所產(chǎn)生的結(jié)殼。
每個端部系統(tǒng)87均有一個小的上開口儲存槽88，用于接收來至中間包的熔融金屬，該儲存槽通過端壁70與水口的主槽相分隔。端壁70的上端89比長槽的上邊緣和儲存槽88的外緣低。因此，如果儲存槽過滿，則它就可以作為溢流堰坎使熔融金屬從儲存槽88回流到水口主槽，下面將對此予以更全面的說明。
儲存槽88呈淺碟狀，它有一個平底板91，傾斜的內(nèi)面和側(cè)面92、93和弧型外面94。一對三相點澆注通道95從略高于儲存槽底板91的位置沿橫向向外延伸，與位于水口端部系統(tǒng)87下面的三相點澆注出口96相連，出口96向下、向內(nèi)傾斜，以把熔融金屬輸送至澆注熔池的三相點區(qū)域。
熔融金屬以一系列垂直自由下落的流體65形式從中間包的出口52流到水口長槽61的底部。熔融金屬再通過長槽開口64流出來，并形成支承于澆鑄輥16之間的輥縫69的上方的澆注熔池68。在澆注輥16端部該澆注熔池由一對與澆鑄輥兩端57緊密配合的側(cè)擋板56來限定。側(cè)擋板56是由高強(qiáng)度耐火材料(例如氮化硼)制成的。側(cè)擋板56安裝在擋板把持器82上，把持器82通過一對液壓缸83來移動，以使側(cè)擋板與澆鑄輥兩端相嚙合，從而構(gòu)成熔融金屬澆注熔池的兩端擋板。
在澆注過程中，控制金屬流量以保持一定的澆注熔池液面，從而使?jié)沧⑺?9的下端浸入到澆注熔池中，并且使?jié)沧⑺诘膬膳懦仕讲贾糜幸欢ㄩg距的側(cè)出口64恰好位于澆注熔池液面以下。熔融金屬從出口64流出，在澆注熔池的表面附近形成兩個橫向向外的射流，并沖擊到熔池表面附近的澆鑄輥冷卻表面上，這樣使排至熔池彎月面區(qū)域的熔融金屬溫度最高，人們發(fā)現(xiàn)這樣會大大降低帶坯表面的裂紋和彎月面斑痕的生成。
根據(jù)本發(fā)明，液流65落入內(nèi)槽通道85并沖擊到兩個向上砌筑的液流隔墻84之間的長槽61的底板63上面。這樣使沖擊金屬向外流向隔墻84，這防止了直接流到出口64。通過與隔墻84的碰撞，金屬的動能大大降低，這樣在最開始金屬被限制在通道85以內(nèi)，然后越過隔墻84，以基本穩(wěn)定的連續(xù)流動狀態(tài)流向出口64。為了保證有效地降低熔融金屬的動能，重要的是構(gòu)成通道85的平面底板和豎直側(cè)隔墻以尖角相接，以產(chǎn)生二次沖擊的效果。
中間包出口52沿縱向與水口出口64交錯排列，從而下落的液流65撞擊到相鄰的兩個出口64之間的水口底板上。人們發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)可以形成一個澆注熔池，且該熔池剛好上升到澆注水口底部以上的高度，從而澆注熔池表面恰好在水口長槽底板以上，并與水口長槽內(nèi)金屬處于同一高度水平。在這樣的條件下，可以獲得非常穩(wěn)定的熔池狀況，并且假如出口向下傾斜一定的角度就可以獲得平靜的熔池表面。
值得注意的是，出口64設(shè)置在水口兩個側(cè)面的內(nèi)端上，這樣可以保證將熔融金屬均勻地輸送到水口中間附近的熔池中，從而避免在熔池的這個區(qū)域產(chǎn)生結(jié)殼。
三相點澆注儲存槽88接收從中間包18落下的兩股最外端熔融金屬液流65。中間包的兩個最外端出口52是這樣定位的，即每個儲存槽88都接收一股撞擊到恰好位于斜側(cè)面92外側(cè)的平直底板91上的液流。熔融金屬對底板91的撞擊導(dǎo)致金屬向外散開，經(jīng)過底板向外通過三相點澆注通道95到達(dá)出口96，從而產(chǎn)生經(jīng)過側(cè)堰板面沿澆鑄輥邊緣向輥縫的向下、向內(nèi)傾斜的熔融金屬射流。三相點澆注過程中每個槽88內(nèi)僅有一個淺且寬的熔融金屬熔池，該熔池的高度受端壁70的上端面89的高度的限制。當(dāng)儲存槽88被充滿時，熔融金屬可以越過墻壁89回流到水口主長槽中，從而墻壁89作為擋堰來控制三相點澆注儲存槽88的金屬熔池深度，該熔池的深度足以使三相點澆注通道保持穩(wěn)定的液流壓差，從而通過三相點澆注通道獲得平穩(wěn)的金屬液流，這樣控制流量對于形成適當(dāng)?shù)膸鬟叢渴呛苤匾?。通過三相點通道的流量過大會導(dǎo)致帶坯邊緣產(chǎn)生膨肚，而流量過小在帶坯中會產(chǎn)生結(jié)殼和“蛇蛋”缺陷。
三相點澆注系統(tǒng)87的下側(cè)底98高于澆注熔池的表面，以避免在三相點區(qū)域熔池表面的冷卻。此外，下側(cè)底98向外、向上傾斜，這對于防止渣或其他雜質(zhì)聚集在水口端部下面而發(fā)生堵塞是最理想的。而這種堵塞會防礙氣體和煙塵從澆注熔池中的排除，并有產(chǎn)生爆炸的危險。
圖示的裝置只是以舉例方式而提出的，而本發(fā)明并不限于該裝置的細(xì)節(jié)。對本發(fā)明來說，水口設(shè)置有三相點澆注系統(tǒng)并不是必須的，盡管這是目前水口的最佳形式。盡管在整個水口長度內(nèi)隔墻84的高度最好是不變的，但出口之間的隔墻高度是可以降低的，甚至沿水口呈不連續(xù)狀。另外內(nèi)槽85的流量相對于水口底板63的其余部分可以升高或降低。應(yīng)該認(rèn)識到在不背離本發(fā)明精神和范圍的前提下可以做各種改進(jìn)，它包括本文所述的每一個特性及其組合。
權(quán)利要求
1．一種澆鑄金屬帶的方法，包括通過位于澆鑄輥(16)之間的輥縫(69)上方并沿輥縫(69)延伸的細(xì)長金屬澆注水口(19)將熔融金屬注入一對激冷澆鑄輥(16)之間，從而形成依托于輥縫之上的熔融金屬澆注熔池(68)，且該熔融金屬澆注熔池在輥縫端部由熔池的端部堰板(56)而被限定；旋轉(zhuǎn)澆鑄輥，以使?jié)茶T成的凝固帶坯(20)向下移動，而離開輥縫(69)；其特征在于，金屬澆注水口(19)包括一個向上開口的長槽(61)，長槽(61)帶有沿輥縫(69)的縱向延伸的底板(63)和側(cè)壁(62)，以接收熔融金屬，長槽(61)的縱向側(cè)壁(62)設(shè)置有側(cè)出口(64)，熔融金屬通過側(cè)出口(64)從長槽中流出；長槽底板(63)設(shè)置有向上砌筑的靠近側(cè)出口(64)的液流隔墻(84)，熔融金屬向下注入到所述液流隔墻(84)之間的槽(61)中，撞擊到長槽底板(63)上，并向外對著隔墻(84)流動，然后越過隔墻到達(dá)側(cè)出口(64)。
2．如權(quán)利要求
1所述的方法，其特征還在于，水口(19)的側(cè)壁出口(64)是在水口的每個縱向側(cè)壁(62)上沿縱向呈一定的間距的開口。
3．如權(quán)利要求
2所述的方法，其特征還在于，出口(64)的形狀為細(xì)長開口。
4．如權(quán)利要求
3所述的方法，其特征還在于，出口(64)是密排在一起的，以使熔融金屬從澆注水口的開口(64)呈基本連續(xù)的幕簾狀射流注入澆注熔池(68)中。
5．如權(quán)利要求
1～4所述的方法，其特征還在于，澆注水口(19)的長槽(61)由一股或多股自由下落的液流(65)形式來將熔融金屬加入其中。
6．如權(quán)利要求
5所述的方法，其特征還在于，熔融金屬以一系列沿長槽縱向呈一定間距的離散自由下落的液流(65)形式而被注入到澆注水口(19)中，從而撞擊到長槽(61)底板(63)上時橫向?qū)R并在水口側(cè)出口(64)之間有間隔。
7．如權(quán)利要求
1～4中任一項所述的方法，其特征還在于，向上砌筑的隔墻(84)由一對從長槽底板上砌筑的且沿長槽連續(xù)延伸的、橫向間隔開的墻所組成，從而圍成內(nèi)槽(85)，用以接收注入的熔融金屬。
專利摘要
雙輥式連鑄方法，通過一個細(xì)長的澆注水口，熔融金屬被注入到一對激冷澆鑄輥之間，以在澆注輥之間的輥縫之上形成澆注熔池。旋轉(zhuǎn)澆鑄輥以使?jié)茶T成的固態(tài)帶坯從輥縫向下移動。澆注水口包括向上開口且?guī)в袀?cè)壁、底板和底部出口的長槽。一對向上豎起的隔墻從底板上砌筑起來，從而圍成內(nèi)槽通道，以接收注入的熔融金屬液流。隔墻防止注入的金屬液流直接流到出口。
文檔編號B22D11/103GKCN1068257SQ97125495
公開日2001年7月11日 申請日期1997年12月16日
發(fā)明者威廉·J·福爾德, 保羅·卡薩 申請人:石川島播磨重工業(yè)株式會社, Bhp鋼鐵有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (2),